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小关节在维持腰椎节段的稳定中起着重要的作用。小关节有时可因创伤、疾病或椎管减压手术而受到损害。在退变性腰椎管狭窄中，神经根在椎管的侧方受压，小关节中度或全部切除在后路神经根减压中被普遍采用，它能较好地显示神经根及其周围结构。 以往的生物力学研究结果提示小关节切除有导致腰椎不稳和加速腰椎退变的作用。然而，以往的体外实验研究多限于椎间关节的运动的变化，仅反映关节间生物力学变化的部分面貌。 本实验利用L3-L4运动节段的三维有限元模型研究了单侧和双侧小关节分级切除对腰椎稳定性的影响，通过力矩-旋转反映分析了不同程度小关节切除的节段运动变化，同时分析了实验生物力学所不能测得的纤维环应力的变化规律，为临床选择合适的小关节切除范围及手术设计提供生物力学依据。材料和方法 L3-L4活动节段的有限元模型：选取一正常志愿者L3-L4节段为研究对象，实验前先行X线检查，排除节段表面有粗糙的病理改变存在。用GH Hispeed CT/I型螺旋CT扫描机对标本进行层厚3mm的连续CT扫描，然后再用扫描仪（Miccotek Scanmaker E6）扫描各断面，计算机放大处理后输出。选择各断面的主要节点，在数字化仪（Sunmagraphics Ⅲ型）上进行数字化处理，即可得到每张CT片上关键点X、Y坐标，通过层厚推算Z坐标，并将各节点坐标输入计算机。 通过AutoCAD进行造型，不同层次点用不同颜色加以区别，并根据 需要适当划分网格，即形成L3工4活动节段的CAD模型。用SuPer－SAP （Algor公司，93版）有限元分析软件包的前处理系统将 CAD模型转换 成有限元分析模型。最后在模型上绘出韧带及小关节囊（以边界单元表D 示），其位置和方向通过实际测量得出。D 模型被处理为松质骨核心外面包裹着厚约1．stnm的皮质骨壳层，软骨l 终板厚为1刀turn，考虑为椎间盘的上、下表面。髓核处理为不可压缩的流 体，其弹性模量为0．ZMPA泊松比为0．49”8。D 材料特性：模型的各部分均采用线性各向同性材料，所有材料常数的D 数据资料均来自于文献报道。1 加载条件和边界条件：L3椎体的下表面在所有方向上完全固定，应 l 用于本实验的加载方式可分为两类：D l、轴向压缩载荷：应用700N垂直压力，均匀分布于活动节段上表面l 的各个节点。模拟人体直立时L3上表面所受到的压力。l 2、纯前屈、后伸、侧弯和旋转负荷：在L3椎体表面应用一对集中作ID 用力，形成没有轴向负荷的纯力矩。D11、建立了L3L4活动节段的有限元模型，包括韧带和小关节的三维I 结构。可用于进一步的生物力学研究。12、模型的总节点数为2128包括1478个8节点块单元，16个边界l 单元。髓核与整个椎间盘的横切面积之比为 35．5％。13、从生理载荷下腰椎活动节段的应力分布情况看，椎体密质骨应力D 集中于两椎弓根之间，松质骨应力集中于与皮质骨相邻的部位，D 而终板的应力集中于与密质骨相邻的部位。后部结构中，应力集D 中的部位包括椎弓根、峡部和小关节等，而横突、棘突等部位则l 应力水平很低。I4、从椎间盘的应力分布情况看，纤维环区域的应力高于髓核区。在D 模型的三层纤维环中，内层的应力最小，而外层的应力最大；外］缀髓 一。、。、5皆’ 层中以后侧及后外侧应力水平最高，其次为前侧。D 5．当L十L。节段间小关节全部去除时，椎间盘纤维环的最大应力出l 0．72MPa上升为0．81MPa，上升了 12．5％。表明小关节承载了一部 D 分轴向压缩载荷。’D 6、正常腰椎间盘的应力集中区域在纤维环的后外侧，而腰椎后伸使7 椎间盘纤维环应力水平明显大于直立位和前屈位，这提示腰椎间D 盘突出症的发生与其局部应力的异常增高有关。D 7、活动节段的运动范围从50％到75％单、双侧小关节切除时有明显l 增大，其最突出的倾向表现在轴向旋转和后伸旋转时，而前屈时D 最小。D 8、小关节不同程度切除后，腰椎活动节段纤维环最大 von Mises应力 l 的变化与其相对应的活动范围的变化呈明显的相关性，其中影响D 最大的是轴向旋转，其次为后伸旋转。I 9、一侧小关节主要是限制活动节段向对侧扭转和向对侧侧弯，而对lD 同侧的限制作用则较小。D